Het ruimtevaartuig Solar Orbiter ontdekt kleine vliegtuigjes die de zonnewind kunnen aandrijven

Europees Ruimteagentschap/NASA Het ruimtevaartuig Solar Orbiter heeft een groot aantal kleine materiaalstralen gedetecteerd die uit de buitenste atmosfeer van de zon ontsnappen. Elke jet duurt tussen de 20 en 100 seconden en gaat af plasma bij ongeveer 100 km/s (60 mph) of 360.000 km/u (220.000 mph). Deze jets zouden de langverwachte bron van de zonnewind kunnen zijn.

De zonnewind begrijpen

De zonnewind bestaat uit geladen deeltjes, bekend als plasma, die voortdurend uit de zon ontsnappen. Het verspreidt zich naar buiten door de interplanetaire ruimte en botst tegen alles op zijn pad. Wanneer de zonnewind in botsing komt met het magnetische veld van de aarde, ontstaat het noorderlicht.

Hoewel de zonnewind een fundamenteel kenmerk van de zon is, is het ongrijpbaar gebleken om te begrijpen hoe en waar deze in de buurt van de zon wordt gegenereerd. Dit is al tientallen jaren een belangrijk aandachtspunt van onderzoek. Nu heeft Solar Orbiter, met zijn superieure instrumentatie, ons een belangrijke stap voorwaarts gebracht.

Dit mozaïek van afbeeldingen toont een groot aantal kleine straaltjes materiaal die ontsnappen uit de buitenste atmosfeer van de zon. De beelden zijn afkomstig van de ESA/NASA Solar Orbiter-ruimtesonde. In dit mozaïek verschijnen ze als donkere strepen over het oppervlak van de zon. De beelden zijn ‘negatieve beelden’, wat betekent dat hoewel de jets als donker worden weergegeven, het heldere flitsen op het oppervlak van de zon zijn. Beeldcredits: ESA/NASA/Solar Orbiter/EUI-team; Met dank aan: Lakshmi Pradeep Cheetah, Max Planck Institute for Solar System Research, CC BY-SA 3.0 IGO

Beeldvorming met hoge resolutie van het oppervlak van de zon

De gegevens zijn afkomstig van het Extreme Ultraviolet Imager Instrument (EUI) van Solar Orbiter. Beelden van de zuidpool van de zon, gemaakt door EUI op 30 maart 2022, onthullen een reeks zwakke, kortstondige kenmerken die verband houden met kleine plasmastralen die uit de atmosfeer van de zon worden verdreven.

‘We konden deze kleine jets alleen detecteren dankzij de ongekend hoge resolutie en hoogfrequente beelden geproduceerd door EUI’, zegt Lakshmi Pradeep Chitta, Max Planck Instituut voor Zonnestelselonderzoek, Duitsland, en hoofdauteur van het artikel dat dit beschrijft. werk. . De beelden zijn met name gemaakt in het extreem-ultraviolette kanaal van de EUI-camera met hoge resolutie, die zonneplasma met een miljoenste magnitude en een golflengte van 17,4 nanometer waarneemt.

Van bijzonder belang is het feit dat uit de analyse blijkt dat deze kenmerken worden veroorzaakt door de uitstoot van plasma uit de zonneatmosfeer.

Deze film is gemaakt op basis van waarnemingen gedaan door het ruimtevaartuig ESA/NASA Solar Orbiter op 30 maart 2022, tussen 04.30 en 04.55 uur. UTCVorig jaar verscheen het al eerder. Toont een coronaal gat nabij de zuidpool van de zon. Uit verdere analyse bleek dat tijdens de observatie veel kleine vliegtuigen werden gelanceerd. Ze verschijnen als kleine lichtflitsen die over het beeld schijnen. Elk van hen werpt geladen deeltjes, bekend als plasma’s, de ruimte in. De cirkel geeft de grootte van de aarde aan in verhouding tot het volume. Beeldcredits: ESA/NASA/Solar Orbiter/EUI-team; Met dank aan: Lakshmi Pradeep Cheetah, Max Planck Instituut voor Onderzoek van het Zonnestelsel

Magnetische structuren en de zonnewind

Onderzoekers weten al tientallen jaren dat een groot deel van de zonnewind verband houdt met magnetische structuren die coronale gaten worden genoemd, gebieden waar het magnetische veld van de zon niet terugkeert naar de zon. In plaats daarvan strekt het magnetische veld zich diep uit in het zonnestelsel.

Plasma kan langs “open” magnetische veldlijnen stromen en het zonnestelsel in gaan, waardoor de zonnewind ontstaat. Maar de vraag was: hoe werd het plasma afgevuurd?

De traditionele veronderstelling was dat, omdat de corona heet is, deze zich op natuurlijke wijze zal uitbreiden en een deel ervan langs de veldlijnen zal ontsnappen. Maar deze nieuwe bevindingen kijken naar een coronaal gat dat zich op de zuidpool van de zon bevond, en de individuele jets die werden gedetecteerd betwisten de veronderstelling dat de zonnewind alleen in een continue, gestage stroom wordt geproduceerd.

‘Eén bevinding hier is dat deze stroom niet erg uniform is, en de alomtegenwoordigheid van de jets suggereert dat de zonnewind uit coronale gaten kan ontstaan ​​als een zeer sporadische stroom’, zegt Andre Zhukov, Koninklijke Sterrenwacht van België. , een medewerker aan het werk die leiding gaf aan de monitoringcampagne Solar Orbiter.

De Solar Orbiter-missie van het European Space Agency zal de zon ontmoeten vanuit de baan van Mercurius op het dichtstbijzijnde punt. Bron: ESA/ATG medialab

Energieanalyse van vliegtuigen

De energie die bij elk afzonderlijk vlak hoort, is klein. Aan de bovenkant van de coronale verschijnselen bevinden zich zonnevlammen van klasse X, en aan de onderkant bevinden zich zogenaamde nanovlammen. Er zit een miljard keer meer energie in de X-flare dan in de nanoflare. De kleine jets die door Solar Orbiter worden gedetecteerd, zijn minder energiek dan deze, ze stralen ongeveer duizend keer minder energie uit dan een nanovlam, en richten het grootste deel van die energie op het uitstoten van plasma.

Hun alomtegenwoordigheid, zoals blijkt uit de nieuwe waarnemingen, geeft aan dat ze een groot deel van het materiaal uitdrijven dat we in de zonnewind zien. Het is mogelijk dat er kleinere, frequentere evenementen komen die meer doen.

“Ik denk dat het een belangrijke stap is om iets op de schijf te vinden dat zeker bijdraagt ​​aan de zonnewind”, zegt David Bergmans, Koninklijke Sterrenwacht van België en hoofdonderzoeker van het EUI.

Toekomstige observaties en bredere implicaties

Momenteel draait de Solar Orbiter nog steeds rond de zon nabij de evenaar. Bij deze waarnemingen kijkt de EUI dus vanuit een graashoek over de Zuidpool.

“Het is moeilijk om sommige eigenschappen van deze kleine jets te meten, gezien vanaf de rand, maar over een paar jaar zullen we ze vanuit een ander perspectief zien dan welke andere telescopen of observatoria dan ook, dus dat zou ons allebei enorm moeten helpen.” ” hij zegt. Daniel Müller, ESA-projectwetenschapper voor de Solar Orbiter.

Dit komt omdat naarmate de missie vordert, het ruimtevaartuig dat ook zal doen Zijn baan wordt geleidelijk gekanteld richting de poolgebieden. Ondertussen zal de activiteit op de zon gedurende de hele zonnecyclus voortschrijden en zullen coronale gaten op verschillende breedtegraden beginnen te verschijnen, wat een uniek nieuw perspectief oplevert.

Alle deelnemers zullen enthousiast zijn om te zien welke nieuwe inzichten ze kunnen verzamelen, aangezien dit werk zich tot ver buiten ons zonnestelsel uitstrekt.

De zon is de enige ster waarvan we de atmosfeer zo gedetailleerd kunnen waarnemen, maar het is waarschijnlijk dat hetzelfde proces ook bij andere sterren plaatsvindt. Dit verandert deze observaties in de ontdekking van een fundamenteel astrofysisch proces.

Referentie: “Picoflare Jets die de zonnewind aandrijven die uit een coronaal gat op de zon komt” door LP Chitta, AN Zhukov, D. Berghmans, H. Peter, S. Parenti, S. Mandal, R. Aznar Cuadrado, U. Schühle, L. Triaka, F. Osher, K. Barzynski, E.; Bushlin, L.; Hara, E. Kreikamp, ​​DM, Lang, L. Rodriguez, C. Schwanitz, BJ Smith, C. Verbeek, DB Seton, 24 augustus 2023, hier beschikbaar. Wetenschappen.
doi: 10.1126/science.ade5801

Solar Orbiter is een ruimtemissie van internationale samenwerking tussen de European Space Agency en NASA, en wordt beheerd door de European Space Agency.